DE1750220A1

DE1750220A1 - Rohrkupplung mit einem verformbaren Metalldichtungsring

Info

Publication number: DE1750220A1
Application number: DE19681750220
Authority: DE
Inventors: Martin Georges Lucien Henri
Original assignee: Prec Generale SA Montreuil Sou
Current assignee: Prec Generale SA Montreuil Sou
Priority date: 1967-04-13
Filing date: 1968-04-09
Publication date: 1972-03-30
Also published as: CH503942A; US3767216A; AT291695B; DE1750220C3; NL6805184A; DE1750220B2; IL29812A0; GB1226644A; ES352724A1; BE713413A; JPS5113884B1; LU55833A1; SE342884B; FR1540946A; IL29812A; US3537733A; CS162612B2

Description

PATENTANWÄLTE
Dipl.-Ing. BUSCHHOFF
■ Dipl.-Ing. HENNlCKE 175Q220

5 KÖLN/RH.

KAISEH-WILHELM-IINO 24

Pe 301 KÖLN, dw 5.4· 1568

Akttnx.i

Aninelderin:

Societe de Precision Generale
{Societe Anonyme)

111 rue de Rosny

Montreuil sous Bois (Seine Saint Denis) Frankreich

Rohrkupplung mit einem verformbaren Metalldichtungsring

Die Abdichtung von Rohrkupplungen bei extrem hohen Unter- oder Überdrücken, hohen und niedrigen Temperaturen und Schwingungen wird durch das Kriechen oder die plastische Verformung von Metalldichtungsringen gewährleistet»

Eine bekannte Kupplung dieser Art weist zwei Kupplungsstücke auf, die in ihren einander gegenüberliegenden Stirnflächen mit kegelstumpfförmigen Oberflächen versehen ist, d.h. mit Oberflächen, die zur Achse der Kupplung geneigt verlaufen, wobei diese kegelstumpfförmigeii Flächen sich nicht über die ganze radiale Dicke der Kupplungsstücke erstrecken; an diese kegelstumpfförmigen rlächen schließen sich über ausgerundete Flächen Bereiche an, die parallel zur Kupplungsachse verlaufen, so daß die kegelstumpf förmigen Flächen mit den entsprechenden, parallel zur Kupplungsachse verlaufenden !'eilen zwei spitzwinklige Schultern bilden, gegen die sich ein kegelstumpfförmiger ϊ-ietalldichtungsring geringer Dicke abstützt, der rechteckigen Querschnitt hat und länger ist als die kegelßtumpfförmigen Flächen; spannt man die Kupplungsteile in axialer Richtung zusammen, dann wird der Metalldichtungsring zusammengepresst und erfährt dabei eine plastische Verformung»

Die Dichtungsringe dieser Art bewirken zwar eine gute Abdichtung, sie weisen jedoch insbesondere die folgenden Nachteile auf:

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a) Der Dichtungsring wird auf den Kupplungsstücken nicht in allen Stellungen desselben festgehalten;

b) aer Dichtungsring hat einen sehr großen Außendurchmesser, so daß die Rohrkupplungen sehr sperrig sind;

c) die Abdichtung ist beim Vorhandensein von Über- oder Unterdruck während der Zusammenspannung der zwei Kupplungsteile unvollkommen;

d) es fehlt eine selbsttätige koaxiale Ausrichtung beim Zusammenfügen ohne radiales Spiel

e) der Dichtungsring weist beim Auseinandernehmen der Rohrkupplung keine Elastizität mehr auf, so daß das Auseinandernehmen der Rohrkupplung ebenso wie das Herausziehen des Dichtungsringes schwierig ist.

Allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Rohrkupplung, die bessere Eigenschaften hinsichtlich des Zusammenbaues, der Sperrigkeit und der Dichtheit aufweist·

Im einzelnen soll die Erfindung eine Rohrkupplung schaffen, bei der aer Dicütungsring und die Kupplungsteile zueinander derart bemessen sind, daß nach der Annäherung der Kupplungsteile durch das Spannorgan der Dichtungsring nach und nach:

einerseits bis über seine Elastizitätsgrenze hinaus verformt und zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Kupplungsteile zusammengepresst wird,

andererseits zwischen den einander gegenüberliegenden kegeligen Flächen der Kupplungsteile eingekeilt wird und schließlich scharfe Kanten der Kupplungsteile in diesen Dichtungsring eindringen.

Durch diese drei Wirkungen wird ein hermetischer Verschluß ei es Dichtungsringes in den Kupplungsteilen erreicht, so dafl die

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BAD ORIGINAL

Dichtheit der Kupplung in den i'ransportvorrichtungen für Pluiden gewährleistet wird, wobei diese Kupplung sowohl sehr hohen als auch üehr niedrigen ximendrücken in der Leitung zu widerstehen vormag uiiü gleichzeitig hohe und niedrige Temperaturen ebenso wie ο einwirkungen und Liegungen ertragen kann.

Um diese Funktionsweise zu erreichen, weist axe Kupplung gemäß der j^rfinaung aie Kombination folgender Teile auf: ."v/ei gegenüberliegende Kupplungsstücke, die auf den einander gegenüberliegenden Stirnseiten mit parallelen Kegelstumpfflächen versehen a:i .iu , welche sich nicht über die gesagte radiale Dicke aer Kupplung stücke erstrecken und au deren ^nden eich im wesentliche;, recntwiiiklig zur Rohrachse und einander gegenüber liegende .Air,-£flächei: anschließen, wobei an der Anschluß- oder Übergangsstelle eii^;;i^:.l eine scharfe Kante mit einer anschließenden Ausrund ung und einmal nur eine scharfe Kante ausgebildet ist, ferner einen zweifach gekrümmten i-ietalidicr.tungsring, aer geeignet ist, einerseits mit seinen Enden in die Ubergangsausrundungen einzugreifen uuu sich andererseits mit einer zwischen seinen ■incsn lieganoen stelle gegen die jeweils der Ausrundung gegenüber liegenden Kegelstumpffläche abzustützen, und Mittel, um die zv/ei Kupplungsstücke in axialer Richtung gegeneinander zu treiben»

Weitere Aufgaben, Ilerkmale und Vorteile aer Erfindung ergeben sich aus aer folgenden. Beschreibung, in der auf die beiliegenden üeichiiungen He^ug genommen wird, die zur Lrläuterung und nicht zur Abgrenzung der Erfindung dienende Ausführungsbeispiele zeigen. In den Zeichnungen zeigt:

Pig. 1 die Jlälfte eines Diametralschnittes durch eine Kupplung nach dem Zusammenspannen derselben,

Fig. 2 eine aer Pig. 1 entsprechende Darstellung, in der die vej. ? iiedenen Teile der Kupplung jedoch vor den: Zusammenspannen der Kupplungsteile aargestellt sind,

Pig. 5 eir.e perspektivische Darstellung des Dichtungsringes,

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- 4 Pig. 4 einen Diametralschnitt durch den Dichtungsring,

Fig. 5 einen Diametralschnitt durch eine andere Ausführungsform des Dichtungsringes,

Fig. b einen Diametralschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Dichtungsringes,

Fig. 7 in einer vergrößerten Darstellung einen Schnitt durch den Dichtungsring und die ihm benachbarten Teile der Kupplungsstücke, wobei dieser Zeichnung die zwischen dem Dichtungsring und dem Kupplungsstücken bestehenden, die Dimensionierung betreffenden Bezugsgrößen entnommen werden können,

Fig. 8 in einer der Fig. 7 entsprechenden Darstellung die Krümmungsradien, nach denen die Teile teilweise ineinandergeschoben worden sind,

Fig. 9 in einer den Figuren 7 und 8 entsprechenden Darstellung die Teile, nachdem die Kupplungsstücke zur Erzielung einer vollkommenen Abdichtung ganz zusammengespannt worden sind ,

Fig.10 und 11 zeigen schematische Teilschnitte durch den abgewickelten Dichtungsring und einen Teil der Kupplungestücke, wobei diese Zeichnungen den Bewegungsablauf beim Ineinanderschieben, Ausbreiten und Zusammenpressen des Dichtun^ringes darstellen,

Fig. 12 und 13 in vergrößerter Darstellung Schnitte durch den Dichtungsring und die Kupplungsstücke, wobei diese Figuren Varianten der Halterung des Dichtungsringes und der Tiefe der diesem zugeordneten Kehlen zeigen.

In den Zeichnungen weist die Kupplung Kupplungsstücke 1 und 2 auf, die jeweils eine Innenfläche 3 und 4 besitzen. Das Muffen·*- stück 1 ist mit einem Außengewinde b versehen, dem ein

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-S-

öechskant-Element b folgt, an das sich eine außen zylindrische Verlängerung 7 über eine Hohlkehle 8 anschließt.

Das Einschiebestück 2 weist eine Schulter 9 auf, die über eine Hohlkehle 11 an eine zylindrische Verlängerung 10 angeschlossen isto

Die Kupplung weist einen iijechskantgewindering 12 auf, mit dem die zwei Kupplungsstücke 1 und 2 gegeneinander gespannt werden können.

Ein Anschlagring 15 begrenzt die Rücklaufbewegung des Gewinderinges 12.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Verlängerungen der.Kupplungsstücke den gleichen Innen- und Außendurchmesser, wie die anzuschließenden Rohre H und 15. Die Kupplungsstücke sind mit ihrem Rohr durch eine Bogenschweißnaht 1b bzw. 17 oder auch auf irgend eine andere Weise verbunden.

Das Kuffenstück 1 weist eine radiale Ringfläche 16 (Fig. 2) auf, an die sich über eine scharfe Kante 21 eine kegelstumpfförmige Fläche 20 anschließt, wobei im Anschluß an diese kegelstumpfförmige Fläche 20 wiederum eine scharfe Kante 23, dann eine Ausrundung und dann wiederum eine radiale Ringfläche 24 angeordnet ist.

Desgleichen weist das Einschiebeende 2 eine radiale Ringfläche 29 auf, an die sich über eine scharfe Kante 28 eine parallel zur Kegelstumpffläche 20 des Muffenstückes 1 verlaufende Kegelstumpffläche 27 anschließt, wobei im Anschluß an diese Kegelstumpffläche 27 wiederum eine scharfe Kante 2b und dann eine Ausrundung 25 und wiederum eine radiale Ringfläche 19 vorgesehen ist.

Der als Ganzes mit 30 bezeichnete Dichtungsring der Kupplung ist im wesentlichen starr und besteht aus einem weicheren Material als die Kupplungsstücke 1 und 2. Die Kupplungsstücke und der

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Dichtungsring können aus dem gleichen Hetall (beispielsweise einer Leichtmetallegierung) bestehen, wobei man in diesem Falle den Dichtungsring jedoch vorzugsweise einer Glühbehandlung unterzieht, um ihn weicher zu machen.

Das Verhältnis der Härte des Metalls der Kupplungsstücke zur Härte des Metalls des Dichtungsringes bestimmt sich aus dem jeweiligen Anwendungsfall.

Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführung3form und den in den Figuren i? und b dargestellten Abwandlungen derselben hat der Dichtungsring 30 die Gestalt eines Ringes, dessen innere und äußere Querschnittsbegrenzungslinien (Erzeugende) Doppelkurven sind. Der Ring 30 ist durch die Innenfläche 31, die Außenfläche 32 und die Stirnflächen 33 una 34 begrenzt.

Im Querschnitt betrachtet hat der Ring 30 daher die Gestalt einer Doppelkurve und kann in Verbindung mit Kupplungsstücken verwendet werden, die zueinander parallele Kegelstumpfringflächen aufweisen. Die Verschneidungskanten der zweifach gekrümmten Seitenflächen mit den Stirnflächen des Ringes 30 sind mit 3!?, 3b, 37 und 36 bezeichnet.

In der in Fig. 7 dargestellten Stellung ist der lieigungswinkel des Dichtungsringes zur Achse der Kupplung durch eine gerade Linie definiert, die im Querschnitt betrachtet die Innenkante 36 mit der Außenkante 37 des Ringes verbindet. Diese Linie verläuft parallel zu den Kegelstumpfringflachen 20 und 27 der Kupplungsstücke.

Wenn der Dichtungsring sich zwischen den Kupplungsstücken befindet und noch kein Druck von Hand oder mechaniscn auf den Dichtungsring auegeübt worden ist, um ihn in die Ausrundungen 22 und 25 einzutreiben, befindet sich die Kante 33 des Dichtungsringes in Höhe der scharfen Kante 23 des Muffenstückes 1 und die Kante 38 des Ringes befindet eich in Höhe der scharfen Kante 2b des Einschiebestückes 2.

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Die Stirnfläche 33» die scharfen Kanten 35 una 3t des Dichtungsringes una die scharfe Kante 23 des Muffenstückes 1 liegen auf αer Achse X-I'.

Die Stirnfläche 34, ei ie Kanten 37 und 38 una die scharfe Kante 2L des Einschiebestückes 2 liegen auf der Achse Y-Y¹.

Gemäß Figo 8 wird der Dichtungsring in allen Stellungen des kuffenstückes 1 durch einen von Hand oder mechanisch ausgeübten Druck auf die Stirnfläche 34 des Dichtungsringes sicher an Ort und Stelle gehalten; hierbei wird die Kante 3b des Dichtungsrin- *ges in die Ausrundung 22 eingetrieben und erfährt dabei eine leichte Verformung. Die Linscliiebebewegung des Ringes 30 wird aadurch begrenzt, daß eine Erzeugende der Fläche 32 des Dichtungsringes 30 mit der kegelstumpfförmigen Fläche 20 des Huffenstückes 1 in berührung kommt.

Desgleichen kann man den Dichtungsring in allen Stellungen des Eiiischiebestückes 2 durch einen von Hand oder mechanisch auf aie Stirnseite 33 des Dichtungsringes ausgeübten Druck in diesem Einschiebestück zum falten bringen; dabei wird die Kante 38 des Dichtungsringes in die Ausrundung 25 eingetrieben und erfährt eine leichte Verformung. Die Einschiebebewegung des Dichtungsringes 30 in das Einschiebestück 2 wird dadurch begrenzt, daß eine Erzeugende der Innenseite 31 des Dichtungsringes mit der Kegelstumpffläche 27 des Einschiebestückes 2 in Berührung kommt.

liachdein cer Dichtungsring 30 auf aie eine oder ana ere der oben beschriebenen weisen im Huffenstück 1 oder im Einschiebestück 2 befestigt worden ist, kann man entweder das Einschiebestück 2 oder das 1- uff ens tück 1 vor den Ring 30 bringen; dann braucht man nur noch von -land oder mechanisch einen Druck auf das entsprechende Kupplungsstück auszuüben, um die beiden Kupplungsstücke 1 und 2 mit dem Dichtungsring 30 fest zum Eingriff zu bringen.

Auf diese V/eise werden die drei 'reile 1 , 2 und 30 ohne radiales Spiel koaxial ausgerichtet.

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BAD OBiGiNAL

Der Dichtungsring 30 und die Kupplungsstücke 1 und 2 sind derart gestaltet, daß, wenn man die Kupplung zusammenspannt, der Dichtungsring flachgedrückt und derart zusammengepresst wird, daß seine Neigung im wesentlichen gleich der neigung der Kegelstumpfflächen 20 und 27 der Kupplungsstücke wird und daß dieser Dichtungsring nacheinander drei Dichtungseffekte erzeugt; auf diese Weise werden alle Probleme der Fluidumsabdichtung e£ea» unter der Wirkung der fortschreitenden Zusammenspannung bis zur Blockierung gelöst.

Der erste Uichtungseffekt ergibt sich unter der Wirkung der gleichzeitigen Annäherung der Kegelstumpfringflächen 20 und 27 der Kupplungsstücke 1 und 2; aus dieser Annäherung ergibt sich zunächst ein Kriechen oder eine Verformung der Kanten 35 und des Dichtungsringes in die Ausrundungen 22 und 25 hinein und dann eine Einwirkung der Kegelstumpfringflächen 20 und 27 auf die Punkte 39 und 40 (Fig. 7)» durch die die Länge der Mittelachse des Querschnittes des Dichtungsringes 30 vergrößert wird, während gleichzeitig durch die Annäherung der Flächen 19 und eine Verkürzung dieser axialen Länge hervorgerufen wird; der Dichtungsring erfährt daher gleichzeitig zwei Beanspruchungen, deren einander entgegengesetzte Wirkungen den Effekt der Zusammendü/rckung des Dichtungsringes vervielfältigen.

Diese zwei Beanspruchungen übersteigen die Elastizitätsgrenze des Dichtungsringes, so daß die Kanten 35 und 38 in die Ausrundungen 22 und 25 hinein verformt werden, während gleichzeitig die Stirnflächen 33 und 34 und die Kanten 36 und 37 gestaucht und auf den Stirnflächen 24 und 19 zum Kriechen oder Fließen gebracht werden.

Es liegt auf der Hand, daß die Kontinuität der die Zusammendrückung des Dichtungsringes bewirkend en Kraft durch die permanente Berührung der Kegelstumpfringflächen 20 und 27 mit der Innenseite und der Außenseite des Dichtungsringes an den Punkten 39 und 40 während der Zusammenspannung erreicht wird (Fig.7)·

Damit der Dichtungsring mit den Ausrundungen 22 und 25 zum

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Eingriff gebracht werden kann, bevor er verformt wird, um in seine Dichtungsstellung geführt zu werden, erhalten gemäß Pig. die Kupplungsstücke in Höhe ihrer Kanten 23 und 2b je nach der vorgesehenen Einpassung einen Durchmesser, der etwas kleiner, gleich oder größer ist als der Durchmesser des Dichtungsringes 30 in Höhe der Kanten 35 und 38.

In der Praxis entspricht die gewählte Einpassung des Dichtungsringes in oder auf die Kupplungsstücke den Standardeinpassungen und ist abhängig von dem zur Herstellung der Kupplungsstücke und des Dichtungsringes verwendeten Metall.

Es existiert ein praktischer Wert für den Neigungswinkel der Kegelstumpfflächen 20 und 27 und des Winkels zwischen der die Kanten 3b und 37 des Dichtungsringes verbindenden Geraden und. der Achse der Kupplung.

Bei den Kupplungen, bei denen dieser Neigungswinkel ( Winkelf in Pig. 7) kleiner als 15 Grad ist, können die Kupplungsstücke nur unter sehr großen Schwierigkeiten wieder voneinander getrennt werden, wenn man die Rohrstücke der Leitungen wieder voneinander trennen will. Das Abziehen des Dichtungsringes von den Kupplungsstücken ist - wenn dies erwünscht ist - sehr leicht, wenn dieser Winkel f bei der Rohrkupplung etwa 30 Grad beträgt.

Gemäß Pig. 7 bestimmt sich der Radius der Mittelachse der inneren und äußeren Krümmung des Dichtungsringes nach der Pormel:

b ² + G² - 2 b c cos 6 ^{Rm =} b cos θ - c

Die Beziehung zwischen den Abmessungen des Dichtungsringes und den Kegelstumpfflächen der Kupplungs stücke 1 und. 2 wird durch die folgende Gleichung zum Ausdruck gebracht:

etg 6 - e

e 2 cos θ Rm (Rm + ) sin θ = Rm - cos Q ( )

2 2 Rm +

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- ίο -

wobei:

Rm der Radius in Millimetern ist, dessen Ausgangspunkt A auf der in Verlängerung der Stirnfläche 33 des Dichtungsringes 30 liegenden Achse X-X^f (oder A^f auf der Achse Y-Y¹) liegt (Fig.7),

b in Millimetern ausgedrückt die halbe Länge einer die Kanten 3k und 37 des Dichtungsringes verbindenden Geraden ist, die durch den Wendepunkt 0 der Mittelachse des Dichtungsringes geht,

c in Millimetern ausgedrückt die halbe Dicke e des Dichtungsringes ist, wobei dieser Wert gleichen Radien r und r' in Millimetern der Ausrundungen 22 und 25 ist, wobei der Ausgangs- oder Mittelpunkt dieser Radien auf der Achse X-X¹ bzw, Y-Y* liegt (Fig.7) (Mg. 12 und 13),

Q der Winkel ist, dessen Wert in Grad ausgedrückt der Ergänzungeswinkel zum Winkel von 90 Grad ist, d.h. θ = 90 ° - f wobei der Winkel γ in Grad ausgedrückt der Winkel zwischen der die Kanten 3d und 37 des Dichtungsringes verbindenden Achse und einer zur Mittelachse der Kupplung parallelen Geraden ist, und

e die Dicke des Dichtungsringes in Ilillimetern ist.

Gemäß Pig. 8 bestimmen sich die Krümmungsradien R und R¹ der Außen- und Innenflächen des Dichtungsringes nach der Formel:

R = Rm - £ und R¹ = Rm + |

wobei η in Millimetern ausgedrückt die halbe Dicke des Dichtungsringes ist. R und R¹ Bind in Millimetern ausgedrückt die äußeren und inneren Krümmungsradien des halben Querschnittes des Dichtungsringes.

Wegen der Symmetrie haben die Krümmungsradien R" und R"¹ der

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Innen- und Außenflächen der anderen Hälfte des Dichtungsringnuerschnittes, die von dem auf der Achse Y-Y¹ liegenden Punkt A¹ ausgehen, die Forrael:

R " = Hm - 2 und S"' = Rm + | .

Es sei noch erwähnt, daß die Länge 1 des Dichtungsringes (Fig. 4 bis b) und die halbe Länge b unter Verwendung der oben angegebenen Ausdrücke folgende Beziehung zueinander haben:

1 = 2b cos f

Gemäß Fig. 9> die einen Radialschnitt durch den Dichtungsring bei maximaler Zusaramenspannung der Kupplungsstücke und vollkommener Abdichtung zeigt, wird der zweite Dichtungseffekt durch die Schwer- und Druckkraft der Innenflächen 31' und 32· des zwischen den Kegelstumpfringflächen 20 und 27 der Kupplungsstücke flachgedrückten Dichtungsringes erzielt.

Der dritte Dichtungseffekt wird gleichzeitig mit dem zweiten Dichtungseffekt dadurch erzielt, daß das Metall des Dichtungsringes durch die scharfen Kanten 21 und 28 ebenso wie durch die Kanten 23 und 2b der Kupplungsstücke gleichsam gewalzt wird, ins Kriechen koiamt und dabei diese Kanten in das Metall eindringen. Diese Eindringung wird noch durch die Vergrößerung der Dicke des Dichtungsringes vom Wert e auf den Wert e¹ unter der Wirkung der beim Zusammenspannen der Kupplungsstücke erzeugten Druckkräfte erleichtert.

Der so durch die Zusammenspannkraft verformte Dichtungsring füllt den zwischen den einander gegenüberliegenden Kegelstumpfringflächen vorhandenen Raum aus, bildet Vorwölbungen 45 und 4b und füllt infolge des Kriechens der Stirnflächen 33 und 34 des Dichtungsringes die Ausrundungen 22 und 25 im wesentlichen aus.

Mit anderen V/orten, wenn die Kupplungsstücke und der Dichtungsring ihre Endstellung (Fig. 9) einnehmen, ist die Länge des

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zusammengedrückten Dichtungsringes gemessen zwischen den Punkten ρ und p¹, d.h. die Länge einer die Hittelachse des Querschnittes des Dichtungringes zwischen den Seitenflächen 31 * und 32' bildenden Linie 47» die in einer die Achse des Dichtungsringes enthaltenden Ebene liegt, kürzer als die Linie 48, welche die Ecken 3b¹ und 37* eines ohne Druckbeanspruchung und Fließvorgänge frei abgewickelten Dichtungsringes verbindet.

Die so erzielte Abdichtung bleibt vollkommen sicher und dicht gegenüber unter hohem Überdruck stehenden Pluiden oder hohen Unterdrücken, selbst wenn die Kupplung während der Benutzung heftigen Schwingungen aufgesetzt oder selbst einer Eiegebeanspruchung ausgesetzt wird.

Wichtig ist jedoch auch, daß bei der Kupplung gemäß der Erfindung, zumal wenn diese zur Verwendung in Rohrleitungen ausgeführt wurde, deren verschiedene Teile demontierbar sein müssen, die gegenseitige Ankerbung des Dichtungsringes und der Kupplungsstücke derart ist, daß diese Ankerbung die Demontage nicht behindert.

Beim Auseinandernehmen der Kupplung löst sich der Dichtungsring von alleine von den Kupplungsstücken, ganz im Gegensatz zu den bekannten Kupplungen, bei denen die bleibende Verformung des Dichtungsringes beim Öffnen der Rohrkupplung Schwierigkeiten bei der Trennung der Kupplungsstücke oder auch beim Abziehen des Dichtungsringes von den Kupplungsstücken verursachen kann.

Tatsächlich bewirkt beim Auseinandernehmen der Rohrkupplung die bleibende Elastizität des Dichtungsringes eine Vergrößerung der Länge desselben, was zur Folge hat, daß die Kupplungsstücke sich voneinander entfernen. Gleichzeitig ist der Dichtungsring bestrebt, wieder eine, wenn auch nur leicht zweifach gekrümmte Gestalt anzunehmen, was zur Folge hat, daß die Vorwölbungen 45 und 46 außer Eingriff mit den Kanten 28 und 21 kommen, so daß die Kupplungsstücke mühelos voneinander entfernt werden können.

Die von den Ausrundungen 22 und 25 gebildeten Ringfalzen kommen

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■beim Zusammenspannen der Kupplung mit den entsprechenden Bereichen nicht in Berührung, so daß die Spannkraft ausschließlich auf den Dichtungsring 30 wirkt.

Zu diesem Zweck sind die verschiedenen Elemente derart bemessen, daß die einander gegenüberliegenden Stirnflächen 18, 19 und 24 > 29 der Kupplungsstücke im Abstand voneinander bleiben, während die Kegelstumpfringflächen mit den Seitenflächen 31^f und 32' des flachgedrückten Dichtungsringes in Berührung kommen.

Gemäß den Figuren 7 und 8 wird die Zusammenspannkraft des Muffenstückes 1 an der Stelle 39 der Außenseite 32 des Dichtungsringes 30 aufgebracht. Die Stelle 39 liegt auf einer Geraden W-W, die rechtwinklig zu der die Kanten 3b und 37 des Dichtungsringes verbindenden Geraden und durch den Ursprungspunkt A^f der Krümmungsradien Rm, R" und R"¹ verläuft, wobei der Abstand zum Punkt A¹ gleich dem Krümmungsradius R"¹ ist.

Desgleichen wird die Spannkraft des Einschiebestückes 2 an der Stelle 40 auf die Innenseite des Dichtungsringes 30 ausgeübt. Dieser Punkt 40 liegt auf einer Geraden Z-Z¹, die rechtwinklig zu der die Ecken 3b und 37 des Dichtungsringes verbindenden Geraden und durch den Ursprungspunkt A der Krümmungsradien Rm, R und R¹ verläuft, wobei der Abstand zum Punkt A gleich dem Krümmungsradius R¹ ist.

Der halbe Einschiebeweg (Fig. 10 und 11) des Dichtungsringes auf das Iluffenstück 1 wird bestimmt durch den öeraden, parallel zur Kupplungsachse verlaufenden und zwischen dem Punkt 41 auf der Kegelstumpfringfläche 20 und dem Punkt 39 auf der Außenseite 32 des Dichtungsringes liegenden Abschnitt (Fig. 7).

D'er halbe Einschiebeweg des Dichtungsringes auf das Einschiebe-' stück 2 wird bestimmt durch den geraden, parallel aur Kupplungsachse verlaufenden und zwischen dem Punkt 42 auf der Kegelstumpfringfläche 27 und dem Punkt 40 auf der Innenseite 31 des Dichtungsringes liegenden Abschnitt (Fig. 7)·

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Der halbe Weg der Ausbreitung und Einspannung des Dichtungsringes unter der Wirkung der Kegelstumpfringfläche 20 an der Stelle 39 wird bestimmt durch den geraden, parallel zur Kupplungsachse verlaufenden und zwischen dem Punkt 39 und dem Punkt 43 auf der Seite 32' des flachgelegten Dichtungsringes liegenden Abschnitt.

Der halbe Weg der Ausbreitung und Einspannung des Dichtungsringes unter der Wirkung der Kegelstumpfringfläche 27 an der Stelle 40 wird bestimmt durch den geraden, parallel zur Kupplungsachse verlaufenden und zwischen dem Punkt 40 und dem Punkt 44 auf der Seite 31^f des flachen Dichtungsringes liegenden Abschnitt.

Der halbe Weg der Einschiebung, Flachdrückung und Zusaminenspannung der Kupplung bestimmt sich aus der Formel:

G = e tg Q -

2 cos θ

wobei G der halbe Weg der Einschiebung, Ausbreitung und Zusammenspannung der Kupplung in Millimeter, e die Dicke des Dichtungsringes in Millimeter und Q der Ergänzungswinkel zu 90 Grad des Winkels ψ in Grad ausgedrückt ist.

Der halbe Einschiebeweg ebenso wie der halbe Ausbreite- oder Flachdrückweg und der Zusammenspannweg haben die Größe:

wobei S dieser halbe Einschiebeweg, halbe Flachlegeweg und Zusammenspannweg in Millimetern ist.

Bei dieser Gelegenheit sei noch ausgeführt, daß die Erfindung insbesondere folgendes vorsieht!

daß die Achse AOA¹ die Symmetrieachse des halben Dichtungsringquerschnittes und im wesentlichen gleich 2 Rm ist,

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daß der Punkt 0 der Symmetriepunkt des Querschnittes des Dichtungsringes 30 ist,

daß die haloe Länge der Achse zwischen der Ecke yo und dem Symmetriepunkt ο - oder zwischen der Ecke 37 und dem Symmetriepunkt 0 - , deren Wert gleich b in liillimetern ist, gleich der Dicke e des Dichtungsringes 30 in Killimetern multipliziert mit einen zwischen t> und ο liegenden Koeffizienten ist, wobei dieser Koeffizient für einen Winkel ψ zwischen 15 und 45 anwendbar unaiuer r.'eigungswinkel uer Kegelstumpfringflachen 20 und zur Kuppluiigsacnse ist,

daß jeae der schärfen Kanten 23 und 2o von ihrer zugehörigen Ausrundun_ö- durch eine zylindrische Fläche getrennt sein kann, die parallel zur Kupplungsachse verläuft; auch die Äbstänae dieser scharfen Kanten zu den Achsen X-X' und Y-Y^f können verschieden sein und liegen vorzugsweise zwischen einem Ilinimal-

G- e

wert von -^ und einem Kaximalwert von -t— , wobei auf diese ο ι ,o

Weise zwei Ei:is chi eberingf lachen 49 und 50 des Dichtungsringes gebildet weraen; e ist hierbei die Dicke des Dichtungsringes in Hillinetern {siehe Figo 12 und 13), In den in den Figuren 12 und 13 dargestellten Schnitten liegen die Kittelpunkte der Radien r und r¹ auf parallel zur Kupplungsachse verlaufenden Linien, die aurch den Schnittpunkt zwischen den Stirnflächen 33 und 34 des Dichtungsringes mit der Hittelachse des Radiuses Rm verlaiifen, welcher auf diesen Stirnflächen die halbe Dicke % des Dichtungsringquerschnittes vor dessen Ausbreitung bestimmt. In diesem Fall liegen auch die scharfen Kanten 23 und 2o nicht menr auf den Achsen X-X¹ und Y-Y',

ua3 oie liefe der Kerben, oiler anders ausgedrückt der Abstand zwischen der Achse X-X' und der Stirnfläche 24 einerseits und andererseits zwischen der Achse Y-Y' und der Stirnfläche 19> vorzugsweise zwischen einem Maximalwert von ·*—äw und einem Hinimalwert von liegt, so daß auf diese Weise zwei Ein-

)l

schieberingflächen 49' und 50' definiert werden, wobei e die Dicke des Dichtungsringes in Millimetern ist (siehe Fig. 12 und 13),

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- 46 -

daß die Stirnflächen 33 und 34 des Dichtungsringes 30 unter einem Winkel at zur Außenseite des Dichtungsringes geneigt sein können, wobei dieser Winkel oC zwischen 0° und 30° liegt; der Scheitel dieses Winkels ⁰C liegt dann gemäß Fig. ρ jeweils in den Ecken 35 bzw. 38,

daß die Stirnflächen 33 und 34 des Dichtungsringes 30 unter einem Winkel ei zur Innenseite des Dichtungsringes hin geneigt sein können, wobei dieser Winkel oC zwischen 0 und 30
liegt; der Scheitel dieses Winkels liegt gemäß Fig. b jeweils in den Ecken 35 bzw. 38,

üaß die Radien r und r¹ der Ausrundungen 22 und 2p in
Millimetern ausgedrückt vorzugsweise gleich der halben Dicke
·!■ des Lichtungsringes in Millimetern sind,

daß die die Ecken 3b und 37 des nicht flachgedrückten
Dichtungsringes verbindende Achse sich mit der Achse 47 des
flachgedrückten Dichtungsringes vereinigt.

Selbstverständlich ist die oben beschriebene und in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform der Erfindung nur zur Erläuterung und nicht etwa zur Abgrenzung des Erfindungsgedankens bestimmt; sie kann natürlich in jeder geeigneten V/eise hinsichtlich der Form, Art, Anordnung und Hontage ihrer Elemente abgewandelt werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Auch kann statt der gleichmäßig gekrümmten Ausbildung der Oberflächen des Dichtungsringes dieser einen Querschnitt haben, der von einem gebrochenen Profil begrenzt wird. Desgleichen können der Dichtungsring und die Kupplungsstücke
aus Kunststoff bestehen.

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Claims

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. BUSCHHOFF

.DlPl-ING. HENNICKE ,_..·"

5KÖLN/RH. *ΊΤ 1750220

KAfSER-WlLHELM-RlNG 24

R«e.-Nr.

I Pe yOΊ I KÖLN, den i;.4.19fc8

Anmelder in: ωΗ.α«β·»>.η

bociete de Precision Gen6rale

(Societe Anonyme)

111 rue de Rosny

Hontreuil sous .Bois (Seine Saint Denis) Frankreich

Patentansprüche

1. Rohrkupplung rait einen verformbaren i.etalloichtungsring,

dadurch gekennzeichnet, daß sie in Kombination zwei gegenüberliegende Eupplungsstücke (1, 2) aufweist, die auf-den einanaer gegenüberliegenden Stirnseiten mit parallelen Kegelstumpfflächen (20, 27) versehen sind, welche sich nicht über die gesamte radiale Dicke der Kupplungsstücke erstrecken und an deren Enden sich im wesentlichen rechtwinklig zur Rohrachse und einander gegenüber liegende Ringflachen (18, 24, 2-i, 19) anschließen, wobei an der ^nschluß- oder Übergangsstelle ein i-ial eine scharfe Kaute (23, 2b) mit einer anschließenden A^-usrunaung (22, 2t>) und ein nal nur eine scnarfe Kante (21, 28) ausgebildet ist, ferner einen zweifach gekrümmten i-xetalldichtungsring (30) » der geeignet ist, einerseits mit seinen jünden (3!?> Jo) in die ubergangsausrundungen einzugreifen und sich andererseits mit einer zwischen seinen Enden liegenden ötelle (39» 40) gegen die jeweils der Ausrundung gegenüberliegende Kegelstumpffläche abzustützen, und iiittel (;>, b, 12), um axe zwei Kupplungsstücke in axialer Richtung gegeneinander zu treiben«

2. Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurcxt gekennzeichnet, der Radius der inneren und äußeren xCrümmung der des iletalluicyLungsringes bestimmt ist durch die

Formel:

2 2
η + C - 2 b c cos Ö

um = ■ '■ ■

b cos y - (J
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3. Rohrkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, üaaurch gekennzeichnet, daß die folgende Gleichung die Beziehung zwischen den kennzeichnenden Abmessungen des Dichtungsringes (30) und der kegelstumpfförmigen Flächen der Kupplungsstücke (1 und 2) ausdrückt:

(Rm + §) sin θ = Rm - cos 0 ( _} Rm_

2 Rm ■ + I

wobei die in diesen Formeln verwendeten ±5ezeichnungen die folgende Bedeutung haben:

Rn ist in Millimetern ausgedrückt der Radius, dessen Kittelpunkt A auf der Achse X-Z¹ liegt, welche eine Verlängerung der ^Stirnfläche (33) des Dichtungringes (30) ist; Ra ist in Millimetern ausgedrückt auch gleich dem Radius, der von dem auf der Achse Y-Y¹ liegenden Mittelpunkt A¹ ausgeht, wobei diese Achse Y-Y¹ eine Verlängerung der !stirnfläche (34) des Dichtungsringes (30) ist,

b ist in Millimetern ausgeurückt die halbe Länge einer die Ecken (3o und 37) des Dichtungsringes (30) verbindenden und durch den Wendepunkt ü der Mittelachse des Dichtungsringes hindurchgehenden Geraden,

c ist in Millimetern ausgedrückt die halbe Dicke e des Dichtungsringes (30) und ist außeraen in Millimetern ausgedrückt gleich den Radien r und r¹ der Ausrundungen (22 und 25), deren Mittelpunkte jeweils auf den Achsen X-X¹ bzw. Y-Y¹ liegen,

Q ist in Grad ausgedrückt der Ergänzungswinkel zu 90° des

Winkels f , d.h. θ « 90° - ψ , wobei aer V/inkel f in Graa ausgedrückt der Winkel zwischen d.er die Ecken (3·-» 37) des Dichtungsringes (30) verbindenden Geraden und einer zur Achse der Rohrkupplung parallelen Geraden ist,

e ist in Millimetern ausgedrückt die Dicke des Dichtungs-2098U/0298

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ringes (.50).

4· Rohrkupplung nach den Ansprüchen 1, Z und 3f dadurch gs^cn^stichiiet, α aß aie Krümmungsradien R una R¹ der Innen- Uimj AUiienflächfcn oes Dichtungsringes (30) uie folgende uröie hauen:

R = Iu:: - tj- und R¹ = Rm + %

wobei % ir. killiinetern ausgedrückt die halbe Dicke des Dichtungsringes uno R und R¹ in llilliiaeteru ausgedrückt der äußere und innere ilrü:i..iungsradius des halben Querschnittes des Dichtungsringes dixiu; infolge der Symmetrie "haben aie Krümmungsradien R" υ nc iJ¹ · der :::nen- und Außenseite der anderen -.juerschnittshlilf te aes L'ichtungsringes, aeren iiittelpurikt A¹ auf uer Achse ΐ-ϊ· liegt, uen iV

" = Rm - I unu R¹" = Rm + |

wobei R" unu R" ' in I'Iillimetern ausgedrückt die inneren und äußeren Krümmungsrsdien des halben Querschnittes aes Dichtungsringes sind

■j. Roiirkupplung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3» dadurch

gekennzeichnet, daß der halbe V/eg der Einschiebung, PlachdrückuiiiT 4- und ?estspannung der Kupplung sich nach der folgenden Ponr.el bestimmt:

tg β -

wobei G in Killimetern ausgedrückt dieser halbe Einschiebe-, Flachdruck- und Pestspannweg der Rohrkupplung ist, e in l-Iillimetern aus,reαrückt aie Dicke des Dichtungsringes (30) ist und θ in Graa _v gedrückt der Ergänzungswinlcel des Winkels ψ zu 90 ist; der halbe liinschiebeweg ebenso wie der halbe Placndrückweg und öpannweg des Dichtungsringes hat dann die Größe:

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wobei S in Millimetern ausgedrückt der halbe Einschiebeweg und Spannweg und der halbe Ausbreiteweg des Dichtungsringes ist.

b. Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die halbe Länge b einer Geraden, die die der Kupplungsachse naheliegende innere Ecke der Stirnfläche des Dichtungsringes mit der Außenecke der gegenüberliegenden stirnfläche verbindet und durch den Wendepunkt der Mittelachse des Dichtungsringeβ geht, in Millimetern ausgedrückt gleich der Dicke e des Dichtungsringes in Millimetern multipliziert mit einem Koeffizienten ist, der zwischen den Werten 3 und 0 liegt, wenn der Winkel Ψ , den diese Gerade mit der Kupplungsachse bildet, zwischen 15° und 45° liegt, wobei die Länge 1 des Dichtungsringes sich aus der Formel

1 = 2 b cos

bestimmt.

7. Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen Flächen (20, 27) der Kupplungsstücke (1, 2) und die Gerade, die die der Kupplungsachse naheliegende innere Kante (3b) der Stirnfläche (33) des Dichtungsringes (30) mit der äußeren Kante (37) der gegenüberliegenden Stirnfläche (34) verbindet, zueinander parallel sind.

8. Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausrundungen und den diesen Ausrundungen benachbarten scharfen Kanten jeweils eine zylindrische Fläche ausgebildet ist, deren Zylinderachse parallel zur Kupplungsachse verläuft.

9. Rohrkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ausrundungen (22, 2ί>) benachbarten scharfen Kanten (23, 26) von den die Stirnflächen (33, 34) des Dichtungsringes (30) enthaltenden Ebenen einen Abstand haben, der zwischen g und j~ liegt,(wobei e die Dicke des

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Dichtungsringes ist), so daß zwei Ringflächen (49, 50) zum Einschieben des Dichtungsringes in die Ausrundungen gebildet werden«,

10e Rohrkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 8_? dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den die Stirnflächen (33 > 34) des Dichtungsringes (30) enthaltenden Ebenen und den radialen Ringflächen (19» 24) der Kupplungsstücke zwischen y^o und ^^eS^i ^so daß auf diese Weise zwei Einschiebeoberflächen in den Ausrundungen der Kupplungsstücke gebildet werden,

11_β Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stirnflächen (33» 34) des Dichtungsringes (30) um einen Winkel von 0° bis 30° zum Dichtungsring (30) nach außen oder innen geneigt sind»

12, Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Radien der Ausrundungen (22, 25) gleich der halben Dicke des Dichtungsringes (30) sind.

13· Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gerade, die die der Kupplungsachse naheliegende Innenkante (3b) der Stirnfläche (33) des Dichtungsringes (30) mit der Außenkante (37) der gegenüberliegenden Stirnfläche (34) des nicht flachgedrückten Dichtungsringes verbindet, in die Mittelachse des parallel zu den Kegelstumpfflächen (20, 27) der Kupplungsstücke (1, 2) flachgedrückten Dichtungsringes übergeht.

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